Graphite materials are vital industrial products. The rapid development of the battery and electronic computer industries has incentivized a great demand for graphite materials. However, today, graphite materials are commercially produced via thermal treating fossil oil or coal derived coke at a temperature higher than 2500℃. Both of the fossil-based feedstock and the energy-intensive production process are contrary to the concept of sustainable development. This thesis proposes a sustainable low-temperature catalytic graphitization process to produce graphite materials with highly ordered crystallinity by using commercial biomass pyrolysis biochar as the feedstock. Iron nitrate was selected as the graphitization catalyst. The effect of the graphitization temperature and the iron loading amount on the properties of the produced carbon products was studied. Produced graphite materials were characterized by performing X-ray diffraction, Nitrogen adsorption-desorption, and elemental analysis. Results show that the average graphitic crystalline size and the degree of graphitization of the product increased with the increase of the graphitization temperature and the iron loading amount. However, the increase of the iron loading amount reduced the catalyst removal efficiency of the acid washing process. When the graphitization temperature is higher than 1100℃ and the iron loading amount is higher than 11.2 wt.%, the crystallinity of the produced graphite material is better than that of the commercial graphite. The graphite material with the best crystallinity, which was produced at a temperature of 1300℃ and an iron loading of 33.6 wt.%, has crystallinity very close tothe pure graphite. / Grafitmaterial är viktiga industriprodukter. Den snabba utvecklingen av batteri- och elektronikdatorindustrin har stimulerat en stor efterfrågan på grafitmaterial. Idag framställs emellertid grafitmaterial kommersiellt via termisk behandling av fossil olja eller kol härledd koks vid en temperatur högre än 2500℃. Både det fossilbaserade råvaran och den energikrävande produktionsprocessen strider mot begreppet hållbar utveckling. Denna avhandling föreslår en hållbar katalytisk grafitiseringsprocess vid låg temperatur för att producera grafitmaterial med högt ordnad kristallinitet genom att använda kommersiell biomassapyrolysbiokol som råmaterial. Järnnitrat valdes som grafitiseringskatalysator. Effekten av grafitiseringstemperaturen och järnbelastningsmängden på egenskaperna hos de producerade kolprodukterna studerades. Framställda grafitmaterial kännetecknades av utförande av röntgendiffraktion, kväve-adsorptionsdesorption och elementaranalys. Resultaten visar att den genomsnittliga grafitiska kristallina storleken och graden av grafitisering av produkten ökade med ökningen av grafitiseringstemperaturen och järnbelastningsmängden. Ökningen av järnbelastningsmängden minskade emellertid katalysatorns avlägsnande effektivitet för syratvättprocessen. När grafitiseringstemperaturen är högre än 1100℃ och järnbelastningsmängden är högre än 11,2 viktprocent, är kristalliniteten hos det producerade grafitmaterialet bättre än den för den kommersiella grafiten. Grafitmaterialet med den bästa kristalliniteten, som producerades vid en temperatur av 1300℃ och en järnbelastning på 33,6 viktprocent, har kristallinitet mycket nära den rena grafiten.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-279436 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Chen, Shiwei |
| Publisher | KTH, Materialvetenskap |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2020:440 |
Page generated in 0.0023 seconds